JP2011166116A - Circuit of uniform transistors on seoi with buried back control gate beneath insulating film - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の分野は、マイクロエレクトロニクスの分野である。 The field of the invention is that of microelectronics.
本発明は、より詳細には、同型化されたパターンを備えた部品に基づいてSeOI(半導体・オン・インシュレータ)基板上に製造された半導体デバイスに関する。 More particularly, the present invention relates to a semiconductor device manufactured on a SeOI (semiconductor-on-insulator) substrate based on a component having a homogenized pattern.
本発明の利用分野における一般的な傾向は、ウェーハ上に転写されるべきリソグラフィー構造の歪みおよび変形の問題を解決するために、リソグラフィーを簡素化しようとする試みがなされていることである。 A general trend in the field of application of the present invention is that attempts have been made to simplify lithography in order to solve the problems of distortion and deformation of the lithographic structure to be transferred onto the wafer.
このため、従来技術は、同一のリソグラフィー平面において角(corner)をできる限り回避することを推奨している。しかしながら、回路を構成するための様々な幅のトランジスタを使用することは、よく行われていることである。 For this reason, the prior art recommends avoiding corners as much as possible in the same lithography plane. However, it is common practice to use transistors of various widths to construct a circuit.
MOSFETトランジスタのチャンネルの長さは、現在、典型的には約30nmであるが、そのチャンネル幅Wは、典型的にはその長さよりもずっと大きい。今日、この幅が、所定のソース電圧、ドレイン電圧およびゲート電圧に対するトランジスタの電流密度を決定している。 The channel length of a MOSFET transistor is currently typically about 30 nm, but its channel width W is typically much larger than its length. Today, this width determines the transistor current density for a given source voltage, drain voltage and gate voltage.
通常、様々なトランジスタが様々な幅を有する電子回路を設計することが可能である。しかしながら、実際問題として、リソグラフィーの解像度限界のために、ある精度を備えた様々な幅を得ることは困難である。事実、細長いストリップをリソグラフィーによって製造するのは比較的に容易ではあるが、相当に制御された寸法を有する短いストリップは、実現するのが特に難しい。 In general, it is possible to design electronic circuits in which different transistors have different widths. However, as a practical matter, it is difficult to obtain various widths with a certain accuracy due to the resolution limit of lithography. In fact, while it is relatively easy to produce elongate strips by lithography, short strips with fairly controlled dimensions are particularly difficult to achieve.
特許文献1は、回路に含まれる様々なトランジスタ間における性能の不均一性を予防することを目的とした製造プロセスを教示している。そうするために、この明細書は、環境が様々なトランジスタに与える影響を均一にすることを提案している。より詳細には、この明細書は、FETトランジスタのアレイが複数の長いストリップの形で配置されることを提供する。そのために、どのストリップのドレイン領域およびソース領域も同じ寸法を有し、そして、それらの領域は、所定の寸法を有するゲート領域の幅だけ隔てられる。
したがって、リソグラフィーの解像度限界が、同一寸法を有するトランジスタからなるそのような長いストリップを使用することを強要しようとするものであることがわかるはずである。 Thus, it should be appreciated that the resolution limit of lithography attempts to force the use of such long strips of transistors having the same dimensions.
しかしながら、そのために、電子回路を設計する際の柔軟性が失われる。なぜなら、様々なトランジスタの性能を調整するために、それらのトランジスタの幾何学的な幅を変更することはもはや不可能であるからである。 However, this leads to a loss of flexibility in designing electronic circuits. This is because it is no longer possible to change the geometric width of the transistors in order to adjust the performance of the various transistors.
これに関連して、本発明の目的は、リソグラフィーパターン転写に本質的に存在する変動性(線路の構造化によるランダムな変動性、および線路/空間/線路の変動性)によって発生する問題を解決すること、シャロー・トレンチ分離(STI)の必要性を回避することによって、および、構造(アクティブ領域、ゲート線路、配線など)を厳密化することによって空間を節約すること、また、転写されるべきより規則的かつ緻密な構造を提案することによってリソグラフィーを簡素化することである。 In this context, the object of the invention is to solve the problems caused by the variability inherent in lithographic pattern transfer (random variability due to line structuring, and line / space / line variability). To save space by avoiding the need for shallow trench isolation (STI) and by tightening the structure (active area, gate lines, wiring, etc.) To simplify lithography by proposing a more regular and precise structure.
このために、本発明は、第1の態様によれば、絶縁膜によってベース基板から分離された半導体材料の薄膜を備えた半導体・オン・インシュレータ基板上に形成された半導体デバイスであって、この半導体デバイスは、各々が少なくとも1つの電界効果トランジスタから形成されたパターンからなるアレイを備え、電界効果トランジスタの各々は、ソース領域、ドレイン領域、およびソース領域とドレイン領域とによって画定されたチャンネル領域を薄膜内に有し、さらにまた、チャンネル領域の上方に形成されたフロント・コントロール・ゲート領域を備え、パターンは行の形で配置され、どの行に含まれるソース領域およびドレイン領域も、同じ寸法を有し、かつ所定の寸法を有するフロント・コントロール・ゲート領域の幅だけ隔てられ、パターンに含まれる少なくとも1つのトランジスタが、チャンネル領域の下方に存在するベース基板内に形成されたバック・コントロール・ゲート領域を有し、トランジスタのしきい電圧をシフトさせて、トランジスタのチャンネル幅をあたかも変更したかのようにするために、あるいは、トランジスタのフロント・コントロール・ゲートに印加される電圧がどんなものであれ、トランジスタをオフ状態またはオン状態に強制的に維持するために、バック・コントロール・ゲート領域がバイアスされることが可能であることを特徴とする半導体デバイスを提供する。 To this end, the present invention provides, according to a first aspect, a semiconductor device formed on a semiconductor-on-insulator substrate comprising a thin film of semiconductor material separated from a base substrate by an insulating film, The semiconductor device comprises an array of patterns each formed from at least one field effect transistor, each field effect transistor having a source region, a drain region, and a channel region defined by the source region and the drain region. In the thin film, it also has a front control gate region formed above the channel region, the patterns are arranged in rows, and the source and drain regions contained in any row have the same dimensions. And have a predetermined dimension separated by the width of the front control gate area And at least one transistor included in the pattern has a back control gate region formed in the base substrate below the channel region, and the threshold voltage of the transistor is shifted to increase the channel width of the transistor. Back control, as if it had changed, or to force the transistor to remain off or on whatever the voltage applied to the transistor's front control gate Providing a semiconductor device characterized in that the gate region can be biased;
このデバイスの好ましい、しかし限定するものではない特定の態様には、次のものがある。
− 行内のパターンのいくつかは、半導体・オン・インシュレータ基板の薄膜の同一アクティブ領域上に形成され、かつ、分離領域は隣接するパターンを画定し、分離領域は、アクティブ領域の上方に形成されたフロント分離ゲートと、アクティブ領域の下方に存在するベース基板内に形成されたバック分離ゲートとを備える。
− バック分離線路は、いずれかの行に存在する分離領域のそれぞれのバック分離ゲートを接続する。
− バック分離線路は、いくつかの行に共通である。
− バック分離ゲートは、アクティブ領域の伝導性とは反対の型の伝導性を有する。
− バック・ゲート線路が、1つまたは複数のトランジスタのバック・コントロール・ゲート領域(1つまたは複数)を接続する。
− バック・ゲート線路は、バック・コントロール・ゲート領域(1つまたは複数)をグラウンドまたは名目供給電圧に接続する。
− バック・ゲート線路は、バック・コントロール・ゲート領域(1つまたは複数)をアナログの調節可能な電位に接続する。
− バック・コントロール・ゲート領域は、反対の伝導性を有するウェルによって、ベース基板から分離される。
− バック・コントロール・ゲート領域は、トランジスタ・チャンネルの伝導性と同じ型の伝導性を有する。
− バック・コントロール・ゲート領域は、トランジスタ・チャンネルの伝導性とは反対の型の伝導性を有する。
Specific, but not limited, specific embodiments of this device include:
-Some of the patterns in the row were formed on the same active area of the thin film of the semiconductor-on-insulator substrate, and the isolation area defined an adjacent pattern, and the isolation area was formed above the active area A front isolation gate and a back isolation gate formed in a base substrate existing below the active region.
A back isolation line connects each back isolation gate of the isolation region present in any row.
-The back isolation line is common to several rows.
The back isolation gate has a conductivity type opposite to that of the active region.
A back gate line connects the back control gate region (s) of one or more transistors;
The back gate line connects the back control gate region (s) to ground or a nominal supply voltage.
The back gate line connects the back control gate region (s) to an analog adjustable potential.
The back control gate region is separated from the base substrate by a well having opposite conductivity.
The back control gate region has the same type of conductivity as that of the transistor channel.
The back control gate region has a conductivity type opposite to that of the transistor channel;
もう1つの態様によれば、本発明は、本発明の第1の態様によるデバイスを駆動する方法に関し、この方法においては、トランジスタのしきい電圧をシフトさせるために、バック・コントロール・ゲート領域は、正または負にバイアスされ、より詳細には、とりわけ、バック・コントロール・ゲート領域が、アナログの調節可能な電位によってバイアスされる。 According to another aspect, the invention relates to a method of driving a device according to the first aspect of the invention, wherein the back control gate region is used to shift the threshold voltage of the transistor. Biased positively or negatively, and more particularly, the back control gate region is biased by an analog adjustable potential.
さらなる態様によれば、本発明は、本発明の第1の態様によるデバイスを駆動する方法に関し、この方法においては、トランジスタのフロント・コントロール・ゲートに印加される電圧がどんなものであれ、トランジスタがオフ状態またはオン状態に維持されるように、しきい電圧のシフトが制御される。とりわけ、バック・コントロール・ゲート領域への所定の電圧を記憶し供給するメモリ・セルによって、しきい電圧のシフトはプログラムされる。 According to a further aspect, the present invention relates to a method for driving a device according to the first aspect of the present invention, in which the transistor is whatever the voltage applied to the front control gate of the transistor. The threshold voltage shift is controlled to be maintained in the off state or the on state. In particular, the threshold voltage shift is programmed by a memory cell that stores and supplies a predetermined voltage to the back control gate region.
さらなる態様によれば、本発明は、再プログラム可能な回路に関し、この回路は、バック・コントロール・ゲート領域への所定の電圧を記憶し供給するメモリ・セルの行に交互に挿入された本発明の第1の態様によるデバイスを備える。 According to a further aspect, the present invention relates to a reprogrammable circuit, which is alternately inserted into a row of memory cells that store and supply a predetermined voltage to a back control gate region. A device according to the first aspect of
本発明のその他の態様、目的および利点が、添付の図面を参照して、限定するものではない例として以下に提供される本発明の好ましい実施形態の詳細な説明を理解することによって、より明確なものとなる。 Other aspects, objects and advantages of the present invention will become more apparent from an understanding of the detailed description of the preferred embodiments of the invention provided below, by way of non-limiting example, with reference to the accompanying drawings. It will be something.
図1は、米国特許第US2008/0251848号明細書によって教示されるような従来技術によるCMOS電子回路を示す。 FIG. 1 shows a prior art CMOS electronic circuit as taught by US Pat. No. US2008 / 0251848.
この回路は、いくつかのパターンからなるアレイを備え、それぞれのパターンは、少なくとも1つの電界効果トランジスタから形成され、かつ、行の形で配置され、どの行の各トランジスタのソース領域およびドレイン領域も同じ寸法を有しかつ所定の寸法を有するフロント・コントロール・ゲート領域WL1〜WL7の幅だけ隔てられる。 The circuit comprises an array of several patterns, each pattern being formed from at least one field effect transistor and arranged in a row, the source and drain regions of each transistor in every row. The front control gate regions WL1 to WL7 having the same dimensions and predetermined dimensions are separated by a width.
したがって、リソグラフィー工程の間には、幅の広いストリップ(水平の行および垂直のフロント・コントロール・ゲート領域)しか形成されない。そして、様々なトランジスタのチャンネル幅は、同一であり、2つの直交するストリップ間の区域によって規定される。 Thus, only wide strips (horizontal rows and vertical front control gate regions) are formed during the lithography process. And the channel widths of the various transistors are the same and are defined by the area between two orthogonal strips.
どのストリップの隣接するトランジスタ間にもSTI型分離トレンチが存在しないことに注意されたい。しかしながら、実際には、それらのトランジスタを互いに分離するために、そのような分離トレンチがストリップに沿って存在する。 Note that there is no STI isolation trench between adjacent transistors in any strip. In practice, however, such isolation trenches exist along the strip to isolate the transistors from each other.
図1の左から右に、回路は、次のパターン、すなわち、論理ゲートNOR2、3つのインバータINV1、INV2およびINV3、並びに論理ゲートNAND2を備える。 From left to right in FIG. 1, the circuit comprises the following pattern: logic gate NOR2, three inverters INV 1 , INV 2 and INV 3 , and logic gate NAND2.
より詳細には、回路は、この例において、金属2からなる9本のバスを備え、p−FETトランジスタがバス2および3に沿って配置され、n−FETトランジスタがバス7および8に沿って配置される。バス4〜6は、これらのパターンへの入力/出力コネクションを形成するのに使用され、また、これらの様々なパターンをお互いに接続するのに使用される。8〜12本の金属2からなるバスを適切に備えたその他の組み合わせも可能であることは明白である。
More specifically, the circuit in this example comprises nine buses made of
金属1提供線路(Metal1 supply lines)BLP1、BLP2、BLN1、BLN2は、いくつかのトランジスタのドレイン領域の電位を定める役割をなす。
したがって、論理ゲートNOR2の第1のp−FETトランジスタのドレイン、および、インバータINV1とINV2のp−FETトランジスタのドレインは、線路BLP1に接続される。それに対して、インバータINV3のp−FETトランジスタのドレイン、および、論理ゲートNAND2のp−FETトランジスタのドレインは、線路BLP2に接続される。 Therefore, the drain of the first p-FET transistor of the logic gate NOR2, and the drain of the p-FET transistor of the inverter INV 1 and INV 2 are connected to the line BL P1. In contrast, the drain of the p-FET transistor of the inverter INV 3, and the drain of the p-FET transistor of the logic gate NAND2 are connected to the line BL P2.
論理ゲートNOR2のn−FETトランジスタのドレイン、およびインバータINV1とINV2のn−FETトランジスタのドレインは、線路BLN1に接続される。それに対して、インバータINV3のn−FETトランジスタのドレイン、および論理ゲートNAND2の第1のn−FETトランジスタのドレインは、線路BLN2に接続される。 Drains, and n-FET transistor of the inverter INV 1 and INV 2 of n-FET transistor of the logic gate NOR2 is connected to the line BL N1. In contrast, the drain of the first n-FET transistor of the drain, and logic gates NAND2 the n-FET transistor of the inverter INV 3 is connected to the line BL N2.
線路BLP1およびBLP2は、典型的には、名目(nominal)供給電圧VDDを供給するのに使用される。それに対して、線路BLN1およびBLN2は、典型的には、グラウンドGNDに接続される。 Lines BLP1 and BLP2 are typically used to provide a nominal supply voltage V DD . On the other hand, the lines BL N1 and BL N2 are typically connected to the ground GND.
行に沿ったパターンが基板の同一のアクティブ領域上に形成され、そのために、隣接するパターン間に分離領域が提供される。各々がアクティブ領域の上方に形成されたフロント分離ゲートを有するこれらの分離領域は、以下において、p−FETトランジスタに結合された分離領域に対しては符号IP1〜IP6を有し、そして、n−FETトランジスタに結合された分離領域に対しては符号IN1〜IN6を有する。 A pattern along the row is formed on the same active area of the substrate, thus providing an isolation region between adjacent patterns. These isolation regions, each having a front isolation gate formed above the active region, will in the following have the signs I P1 to I P6 for the isolation region coupled to the p-FET transistor, and The isolation region coupled to the n-FET transistor has the symbols I N1 -I N6 .
分離領域のフロント分離ゲートは、それぞれp−FETパターン間の分離領域およびn−FETパターン間の分離領域のための分離ゲート提供線路(isolation gate supply lines)BlPおよびBlNによってバイアスされる。これらの線路BlPおよびBlNは、典型的には、多結晶半導体材料(典型的には、多結晶シリコン)から形成される。 The front isolation gates of the isolation regions are biased by isolation gate supply lines B1 P and B1 N for isolation regions between p-FET patterns and isolation regions between n-FET patterns, respectively. These lines Bl P and Bl N is typically (typically polycrystalline silicon) of polycrystalline semiconductor material is formed from.
一般的には、本発明は、図1に示されるタイプの同型化された環境を備えた回路を、(絶縁膜によってベース基板から分離された半導体材料の薄膜を備えた)SeOI基板上に転写することを提案するものである。これに関連して、本発明は、少なくとも1つのトランジスタのチャンネルと向かい合ったベース基板内にバック・コントロール・ゲートを配置することを提案する。トランジスタのバック・コントロール・ゲートを正または負にバイアスすることによって(典型的には、+vddまたは−vddによって)、トランジスタの特性は個々に変更されてもよい。とりわけ、トランジスタのしきい電圧がシフトされてもよい。その結果、しきい電圧を変更することはチャンネルの物理的な幅を変更することに等しい。 In general, the present invention transfers a circuit with an isomorphic environment of the type shown in FIG. 1 onto a SeOI substrate (with a thin film of semiconductor material separated from the base substrate by an insulating film). It is suggested to do. In this context, the present invention proposes to arrange a back control gate in the base substrate facing the channel of at least one transistor. By biasing the back control gate of the transistor positively or negatively (typically by + vdd or -vdd), the characteristics of the transistor may be changed individually. In particular, the threshold voltage of the transistor may be shifted. As a result, changing the threshold voltage is equivalent to changing the physical width of the channel.
したがって、本発明に関連しては、すべてのトランジスタに対して、チャンネルの物理的な幅は、一度しか定義されない。しかしながら、バック・コントロール・ゲートをどのように駆動するかを選択することによって、トランジスタのチャンネルの見掛け上の(実効の)幅をトランジスタごとに個々に変更することが可能であることがわかる。バック・コントロール・ゲートに印加される電圧は変更されてもよいので、それによって、本発明は、実効チャンネル幅を動的に変更するという利点を提供する。 Thus, in the context of the present invention, for all transistors, the physical width of the channel is defined only once. However, it can be seen that by choosing how the back control gate is driven, the apparent (effective) width of the channel of the transistor can be changed individually for each transistor. Since the voltage applied to the back control gate may be changed, the present invention thereby provides the advantage of dynamically changing the effective channel width.
チャンネルがn型の伝導性を有しかつバック・コントロール・ゲートがp型の伝導性を有するトランジスタ(このために、ここでの説明においては、バック・コントロール・ゲートは仕事関数(work function)を有すると言われる)は、きわめて高いしきい電圧を有する。そして、バック・コントロール・ゲートに正の電圧を印加することによって、このしきい電圧を減少させることができる。 A transistor having a channel having n-type conductivity and a back control gate having p-type conductivity (for this reason, in the description herein, the back control gate has a work function). Have a very high threshold voltage. The threshold voltage can be reduced by applying a positive voltage to the back control gate.
チャンネルがn型の伝導性を有しかつバック・コントロール・ゲートがn型の伝導性を有するトランジスタ(このために、ここでの説明においては、バック・コントロール・ゲートは、仕事関数を有していないと言われる)は、バック・コントロール・ゲートに正の電圧を印加することによって減少させることのできる名目しきい電圧を有する。 A transistor in which the channel has n-type conductivity and the back control gate has n-type conductivity (for this reason, in this description, the back control gate has a work function. Has a nominal threshold voltage that can be reduced by applying a positive voltage to the back control gate.
バック・コントロール・ゲートを介したトランジスタのしきい電圧のこの変動は、Vth=Vt0−αVBGとして定式化されてもよい。ここで、Vthは、トランジスタのしきい電圧を表し、VBGは、バック・コントロール・ゲートに印加される電圧を表し、Vt0は、名目しきい電圧(これは、n型のバック・コントロール・ゲートまたはp型のバック・コントロール・ゲートのどちらが使用されるかに依存する仕事関数によってシフトされてもよい)を表す。また、αは、トランジスタの幾何学的形状に関連する係数を表す。 This variation in the threshold voltage of the transistor through the back control gate may be formulated as V th = V t0 −αV BG . Where V th represents the threshold voltage of the transistor, V BG represents the voltage applied to the back control gate, and V t0 is the nominal threshold voltage (this is the n-type back control). May be shifted by a work function depending on whether a gate or a p-type back control gate is used). Α represents a coefficient related to the geometry of the transistor.
2009年6月にProvence,Aix−Marseille University IにおいてGermain Bossuによって主張された“Architectures innovantes de memoire non−volative embarquee sur film mince de silicium 「Innovative non−volatile memory architectures on thin silicon films」”という論文において説明されるように、係数αは、とりわけ、α=3tOX1/(tSi+3tOX2)として近似されてもよい。ここで、tOX1は、フロント・コントロール・ゲートをチャンネルから分離する誘電体ゲート膜の厚さ(典型的には、1〜2nm)を意味し、tOX2は、バック・コントロール・ゲートをチャンネルから分離する絶縁膜の厚さ(SeOI基板の場合、典型的には、5〜20nm)を意味し、そして、tSiは、薄膜の厚さを意味する。 Provence in June 2009, described in the paper that the Aix-Marseille was claimed by Germain Bossu in University I "Architectures innovantes de memoire non-volative embarquee sur film mince de silicium" Innovative non-volatile memory architectures on thin silicon films. "" As can be seen , the coefficient α may be approximated as, among other things, α = 3t OX1 / (t Si + 3t OX2 ), where t OX1 is the dielectric gate film that separates the front control gate from the channel. Thickness (typically 1-2 nm) Taste and, t OX2 (if the SeOI substrate, typically, 5 to 20 nm) of the back control gate thickness of the insulating film which separates from the channel means, and, t Si is of the thin film thickness Means.
したがって、トランジスタに関連するバック・コントロール・ゲートのドーピング型は名目しきい電圧をシフトしても或いはシフトしなくてもよいこと、および、バック・コントロール・ゲートをバイアスすることによってしきい電圧を調節することが可能であることが理解されるだろう。 Thus, the back control gate doping type associated with the transistor may or may not shift the nominal threshold voltage, and the threshold voltage is adjusted by biasing the back control gate. It will be understood that it is possible to do.
したがって、(しきい電圧を減少させることによって)トランジスタのオン状態における伝導電流IONが増加すること、および、(しきい電圧を増加させることによって)トランジスタのオフ状態における小さいリーク電流IOFFが減少することから利益を得ることができる。 Thus, the conduction current I ON in the on-state of the transistor (by reducing the threshold voltage) is increased, and, a small leakage current I OFF in the off-state of the transistor (by increasing the threshold voltage) decreases You can benefit from doing that.
また、行に沿った隣接するパターンを分離する分離領域(絶縁領域)におけるリーク電流を減少させることによって、その分離領域の絶縁機能にも貢献することができる。 Further, by reducing the leakage current in the isolation region (insulating region) that separates adjacent patterns along the row, it is possible to contribute to the insulating function of the isolation region.
図2は、SeOI基板上に形成されたトランジスタのしきい電圧が、トランジスタのチャンネルと向かい合った絶縁膜の下方に存在するベース基板内に形成されたバック・コントロール・ゲートをバイアスすることによって、どのように制御されるかを説明するためのものである。 FIG. 2 shows that the threshold voltage of the transistor formed on the SeOI substrate is determined by biasing the back control gate formed in the base substrate under the insulating film facing the transistor channel. It is for explaining how it is controlled.
この図2において、中央の曲線CNは、(バック・コントロール・ゲートを備えないトランジスタの場合の)名目特性log(ID(VG))を表現する。 In FIG. 2, the center curve C N represents the nominal characteristic log (I D (V G )) (in the case of a transistor without a back control gate).
上側の曲線CVT−は、回路の名目供給電圧VDDよりも小さい電圧によって駆動されるバック・コントロール・ゲートの影響下にある名目特性log(ID(VG))を表している。この上側の曲線は、しきい電圧の増加と、電流IONおよびIOFFの減少とを示している。 The upper curve C VT− represents the nominal characteristic log (I D (V G )) under the influence of the back control gate driven by a voltage smaller than the nominal supply voltage V DD of the circuit. This upper curve shows an increase in threshold voltage and a decrease in currents I ON and I OFF .
下側の曲線CVT+は、名目供給電圧VDDによって駆動されるバック・コントロール・ゲートの影響下にある名目特性log(ID(VG))を表している。この下側の曲線は、しきい電圧の減少と、電流IONおよびIOFFの増加とを示している。 The lower curve C VT + represents the nominal characteristic log (I D (V G )) under the influence of the back control gate driven by the nominal supply voltage V DD . This lower curve shows a decrease in threshold voltage and an increase in currents I ON and I OFF .
したがって、バック・コントロール・ゲートのバイアスを変化させることによって、下側の曲線CVT−と上側の曲線CVT+の間に存在する領域全体を網羅することが可能であり、それによって、トランジスタのしきい電圧と、トランジスタの特徴的な電流IONおよびIOFFとを調整することが可能であることが理解されるだろう。 Therefore, by changing the bias of the back control gate, it is possible to cover the entire region that exists between the lower curve C VT− and the upper curve C VT + , thereby reducing the transistor's resistance. It will be appreciated that the threshold voltage and the transistor's characteristic currents I ON and I OFF can be adjusted.
次の式は、とりわけ、チャンネルにおける電流IDを、チャンネル幅Wと、しきい電圧Vthとに関連づける。
まず、λ=0.05およびしきい電圧Vth=0.3Vとともに、0.9Vのゲート電圧およびドレイン電圧(VGS=VDS=0.9V)を考察する。 First, let us consider a gate voltage and a drain voltage (V GS = V DS = 0.9 V) of 0.9 V together with λ = 0.05 and a threshold voltage V th = 0.3 V.
トランジスタのしきい電圧が0.05Vと0.6Vとの間に存在する値となるようにしきい電圧を変更することによって、チャンネルの物理的な幅をあたかも変更したかのようにすることができる。理論的には、トランジスタ・チャンネルの実効幅は、実際、チャンネルの物理的な幅W0の0.25倍から2.01倍までの範囲に存在する。 By changing the threshold voltage so that the threshold voltage of the transistor is between 0.05V and 0.6V, the physical width of the channel can be changed as if it were changed. . In theory, the effective width of the transistor channel is, in fact, present in the range of from 0.25 times the physical width W 0 of the channel up to 2.01 times.
別の例においては、より低いゲート電圧およびドレイン電圧、すなわち0.7Vを考察する。この場合にも、トランジスタのしきい電圧が0.05Vと0.6Vとの間に存在する値となるようにしきい電圧を変更し、それによって、チャンネルの実効幅は、理論的には、チャンネルの物理的な幅の0.06倍から2.64倍までの範囲に存在する。 In another example, consider a lower gate and drain voltage, ie 0.7V. In this case as well, the threshold voltage is changed so that the threshold voltage of the transistor becomes a value existing between 0.05V and 0.6V, so that the effective width of the channel is theoretically the channel. It exists in the range from 0.06 times to 2.64 times the physical width of.
このように、本発明は、実効チャンネル幅の減少/増加を可能にし、これは、供給電圧が低くなるので、きわめて重要なことである。 Thus, the present invention allows for a reduction / increase of the effective channel width, which is very important as the supply voltage is lowered.
この点に関しては、本発明の技術分野における傾向は、次世代の電子部品に対して、ますます低い供給電圧を使用しようとする試みがなされていることに注意されたい。したがって、本発明は、それ自身、次世代のためにきわめて興味深い先駆的なものであることがわかる。 In this regard, it should be noted that the trend in the technical field of the present invention is an attempt to use increasingly lower supply voltages for the next generation of electronic components. Thus, it can be seen that the present invention is itself a very interesting pioneer for the next generation.
図3〜図7は、本発明の様々な実施形態による図1に示されるものと同じ回路の絶縁膜の下方に存在するアクティブ領域を示す。 3-7 illustrate an active region that resides below an insulating film of the same circuit as shown in FIG. 1 according to various embodiments of the present invention.
図3において、
− p−ドープ・バック・コントロール・ゲート領域は、分離領域IP1〜IP6と、インバータINV2の2つのp−FETおよびn−FETトランジスタと、論理ゲートNAND2の2つのn−FETトランジスタとに関連する。また、
− n−ドープ・バック・コントロール・ゲート領域は、分離領域IN1〜IN6と、インバータINV3の2つのp−FETおよびn−FETトランジスタとに関連する。
In FIG.
The p-doped back control gate region includes isolation regions I P1 to I P6 , two p-FETs and n-FET transistors of inverter INV 2 , and two n-FET transistors of
The n-doped back control gate region is associated with the isolation regions I N1 to I N6 and the two p-FET and n-FET transistors of the inverter INV 3 .
バック・ゲート線路BGPおよびバック・ゲート線路BGNはそれぞれ、p−ドープ・バック・ゲート領域およびn−ドープ・バック・ゲート領域を同じ電位にまとめて接続する役割をなす。 Back gate line BG P and a back gate line BG N, respectively, forms a role of connecting p- doped back gate regions and the n- doped back gate regions collectively at the same potential.
したがって、p−ドープ・バック・ゲートに関連する線路BGPは、ハイ状態(典型的には、電位VDDに接続される)であってもよく、それに対して、n−ドープ・バック・ゲートに関連する線路BGNは、ロー状態(典型的には、グラウンドGNDに接続される)であってもよい。 Thus, the line BG P associated with the p- doped back gates (typically, are connected to the potential V DD) high state may be, whereas, n- doped back gate the relevant line BG N (typically, is connected to the ground GND) low state may be.
このようにして、分離領域は、より高いしきい電圧を経験し、その結果として、より小さいリーク電流IOFFを経験し、それによって、どの行に沿った隣接するパターン間においてもより良好な絶縁を維持するのを助ける。 In this way, the isolation region experiences a higher threshold voltage and, as a result, experiences a smaller leakage current I OFF , thereby providing better isolation between adjacent patterns along any row. Help maintain.
インバータINV2に関しては、p−FETトランジスタのバック・コントロール・ゲートおよびn−FETトランジスタのバック・コントロール・ゲートは、ハイ状態VDDにある。n−FETトランジスタの伝導電流IONは増加する。一方、p−FETトランジスタの伝導電流は減少する。したがって、INV2は、ロー(low)・p−FETおよびハイ(high)・n−FETを有する。 With respect to the inverter INV 2, the back control gate of the back control gate and n-FET transistors of the p-FET transistor are in the high state V DD. conduction current I ON in the n-FET transistor is increased. On the other hand, the conduction current of the p-FET transistor decreases. Thus, INV 2 has a low p-FET and a high n-FET.
インバータINV3に関しては、これは、ハイ・p−FETおよびロー・n−FETを有する(p−FETトランジスタのバック・コントロール・ゲートおよびn−FETトランジスタのバック・コントロール・ゲートは、ロー状態GNDにある)。 For inverter INV 3 , this has a high p-FET and a low n-FET (the back control gate of the p-FET transistor and the back control gate of the n-FET transistor are in the low state GND. is there).
論理ゲートNAND2に関しては、p−FETトランジスタは、バック・コントロール・ゲートを有していない。したがって、これらのp−FETトランジスタは、公称的な形で動作する。n−FETトランジスタは、ハイ状態にあるバック・コントロール・ゲートを有していない。これらのn−FETトランジスタは、より大きい伝導電流を有する。 With respect to logic gate NAND2, the p-FET transistor does not have a back control gate. Accordingly, these p-FET transistors operate in a nominal manner. The n-FET transistor does not have a back control gate in the high state. These n-FET transistors have a larger conduction current.
図4は、さらなる実施形態を示し、この実施形態においては、より大きな柔軟性を提供するために、4つの異なる電圧レベルが使用される。 FIG. 4 shows a further embodiment, in which four different voltage levels are used to provide greater flexibility.
図4において、
− ハイ状態にあるバック・ゲート線路BGPHにまとめて接続されたp−ドープ・バック・コントロール・ゲート領域は、分離領域IP1〜IP6と、インバータINV2のp−FETトランジスタとに関連し、
− ロー状態にあるバック・ゲート線路BGPLに接続されたp−ドープ・バック・コントロール・ゲート領域は、インバータINV3のp−FETトランジスタに関連し、
− ロー状態にあるバック・ゲート線路BGNLにまとめて接続されたn−ドープ・バック・コントロール・ゲート領域は、分離領域IN1〜IN6と、インバータINV3のn−FETトランジスタとに関連し、そして、
− ハイ状態にあるバック・ゲート線路BGNHに接続されたn−ドープ・バック・コントロール・ゲート領域は、インバータINV2のn−FETトランジスタに関連する。
In FIG.
- p-doped back control gate regions collectively connected to a high state back gate line BG PH includes a separation region I P1 ~I P6, associated with the p-FET transistor of the inverter INV 2 ,
The p-doped back control gate region connected to the back gate line BG PL in the low state is associated with the p-FET transistor of the inverter INV 3 ;
The n-doped back control gate region connected to the back gate line BG NL in the low state is related to the isolation regions I N1 to I N6 and the n-FET transistor of the inverter INV 3 And
- n-doped back control gate region connected to a back gate line BG NH in a high state is associated with the n-FET transistor of the inverter INV 2.
したがって、図3に示される例と同様に、分離領域のリーク電流は、減少する。 Therefore, as in the example shown in FIG. 3, the leakage current in the isolation region decreases.
インバータINV2は、ロー・p−FETトランジスタ(ハイ状態にあるp−ドープ・バック・コントロール・ゲート)およびハイ・n−FETトランジスタ(ハイ状態にあるn−ドープ・バック・コントロール・ゲート)を有する。 Inverter INV 2 has a low p-FET transistor (p-doped back control gate in the high state) and a high n-FET transistor (n-doped back control gate in the high state). .
インバータINV3は、ハイ・p−FETトランジスタ(ロー状態にあるp−ドープ・バック・コントロール・ゲート)およびロー・n−FETトランジスタ(ロー状態にあるn−ドープ・バック・コントロール・ゲート)を有する。 Inverter INV 3 has a high p-FET transistor (p-doped back control gate in the low state) and a low n-FET transistor (n-doped back control gate in the low state). .
図5は、さらなる実施形態を示し、この実施形態においては、トランジスタに関連するバック・コントロール・ゲートは、この実施形態に特有のバック・ゲート線路に接続される。そのような実施形態により、単一のトランジスタに専用されるバック・ゲート線路に印加される電位が調整可能になることが理解されるだろう。 FIG. 5 shows a further embodiment in which the back control gate associated with the transistor is connected to a back gate line specific to this embodiment. It will be appreciated that such an embodiment allows the potential applied to the back gate line dedicated to a single transistor to be adjusted.
この図5において、
− ハイ状態にあるバック・ゲート線路BGPHにまとめて接続されたp−ドープ・バック・コントロール・ゲート領域は、分離領域IP1〜IP6と、インバータINV2のp−FETトランジスタとに関連し、
− 電圧を調節することができる個々のバック・ゲート線路BGPAに接続されたp−ドープ・バック・コントロール・ゲート領域は、インバータINV3のp−FETトランジスタに関連し、
− ロー状態にあるバック・ゲート線路BGNLにまとめて接続されたn−ドープ・バック・コントロール・ゲート領域は、分離領域IN1〜IN6と、n−FETトランジスタとに関連し、そして、
− 電圧を調節することができる個々のバック・ゲート線路BGNAに接続されたn−ドープ・バック・コントロール・ゲート領域は、インバータINV2のn−FETトランジスタに関連する。
In FIG. 5,
- p-doped back control gate regions collectively connected to a high state back gate line BG PH includes a separation region I P1 ~I P6, associated with the p-FET transistor of the inverter INV 2 ,
The p-doped back control gate region connected to the individual back gate line BG PA whose voltage can be adjusted is associated with the p-FET transistor of the inverter INV 3 ;
The n-doped back control gate region connected to the back gate line BG NL in the low state is associated with the isolation regions I N1 to I N6 and the n-FET transistor, and
- n-doped back control gate region connected to an individual back gate line BG NA capable of modulating voltage is related to the n-FET transistor of the inverter INV 2.
したがって、インバータINV2は、ロー・p−FETトランジスタ(ハイ状態にあるp−ドープ・バック・コントロール・ゲート)、および調節可能なn−FETトランジスタ(電位を調節することができる線路BGNAによってアドレスされる個々のn−ドープ・バック・コントロール・ゲート)を有する。 Therefore, the inverter INV 2 is addressed by lines BG NA, which can adjust the low-p-FET transistor (in the high state p- doped back control gate), and adjustable n-FET transistor (the potential Individual n-doped back control gates).
インバータINV3に関しては、これは、ロー・n−FETトランジスタ(ロー状態にあるn−ドープ・バック・コントロール・ゲート)および調節可能なp−FETトランジスタ(電位を調節することができる線路BGPAによってアドレスされる個々のp−ドープ・バック・コントロール・ゲート)を有する。 For inverter INV 3 , this is achieved by a low n-FET transistor (n-doped back control gate in the low state) and an adjustable p-FET transistor (line BG PA with adjustable potential). With individual p-doped back control gates addressed).
図6は、図4の例の代わりとなる実施形態を示す。 FIG. 6 shows an alternative embodiment of the example of FIG.
この図6において、
− ハイ状態にあるバック・ゲート線路BGPHにまとめて接続されたp−ドープ・バック・コントロール・ゲート領域は、分離領域IP1〜IP6に関連し、
− ロー状態にあるバック・ゲート線路BGPLにまとめて接続されたp−ドープ・バック・コントロール・ゲート領域は、インバータINV2のp−FETトランジスタと、インバータINV3のp−FETトランジスタとに関連し、
− ハイ状態にあるバック・ゲート線路BGNHにまとめて接続されたn−ドープ・バック・コントロール・ゲート領域は、分離領域IN1〜IN6と、インバータINV3のn−FETトランジスタとに関連し、そして、
− ロー状態にあるバック・ゲート線路BGNLに接続されたn−ドープ・バック・コントロール・ゲート領域は、インバータINV2のn−FETトランジスタに関連する。
In FIG. 6,
- p-doped back control gate regions collectively connected to a high state back gate line BG PH is associated with the isolation region I P1 ~I P6,
- associated with the p- doped back control gate region connected together to a low state back gate line BG PL includes a p-FET transistor of the inverter INV 2, and p-FET transistor of the inverter INV 3 And
The n-doped back control gate region connected together to the back gate line BG NH in the high state is associated with the isolation regions I N1 to I N6 and the n-FET transistor of the inverter INV 3 And
- n-doped back control gate region connected to a back gate line BG NL in a low state is associated with the n-FET transistor of the inverter INV 2.
したがって、インバータINV2は、ハイ・p−FETトランジスタ(ロー状態にあるp−ドープ・バック・コントロール・ゲート)およびロー・n−FETトランジスタ(ロー状態にあるn−ドープ・バック・コントロール・ゲート)を有する。 Thus, inverter INV 2 has a high p-FET transistor (p-doped back control gate in the low state) and a low n-FET transistor (n-doped back control gate in the low state). Have
インバータINV3は、ハイ・p−FETトランジスタ(ロー状態にあるp−ドープ・バック・コントロール・ゲート)およびハイ・n−FETトランジスタ(ハイ状態にあるn−ドープ・バック・コントロール・ゲート)を有する。 Inverter INV 3 has a high p-FET transistor (p-doped back control gate in the low state) and a high n-FET transistor (n-doped back control gate in the high state). .
図7は、好ましい実施形態を示し、この実施形態においては、分離領域は、反対の型の伝導性を有するバック・コントロール・ゲート領域に関連する。したがって、これらの分離領域におけるリーク電流はさらに減少する。 FIG. 7 shows a preferred embodiment, in which the isolation region is associated with a back control gate region having the opposite type of conductivity. Accordingly, the leakage current in these isolation regions is further reduced.
より詳細には、この図7において、
− ハイ状態にあるバック・ゲート線路BGNHにまとめて接続されたn−ドープ・バック・コントロール・ゲート領域は、分離領域IP1〜IP6と、論理ゲートNOR2に含まれるn−FETトランジスタのいずれか1つと、インバータINV2のp−FETトランジスタとに関連し、
− (当業者によって選択された任意の中間値に)電圧を調節することができる個々のバック・ゲート線路BGPA1に接続されたp−ドープ・バック・コントロール・ゲート領域は、インバータINV3のp−FETトランジスタに関連し、
− ロー状態にあるバック・ゲート線路BGPLにまとめて接続されたp−ドープ・バック・コントロール・ゲート領域は、分離領域IN1〜IN6と、論理ゲートNAND2に含まれるp−FETトランジスタのいずれか1つと、インバータINV3のn−FETトランジスタとに関連し、
− (当業者によって選択された任意の中間値に)電圧を調節することができる個々のバック・ゲート線路BGPA2に接続されたp−ドープ・バック・コントロール・ゲート領域は、インバータINV1のn−FETトランジスタに関連し、
− (当業者によって選択された任意の中間値に)電圧を調節することができる個々のバック・ゲート線路BGNA1に接続されたn−ドープ・バック・コントロール・ゲート領域は、インバータINV2のn−FETトランジスタに関連し、そして、
− (当業者によって選択された任意の中間値に)電圧を調節することができる個々のバック・ゲート線路BGNA2に接続されたn−ドープ・バック・コントロール・ゲート領域は、BGPLに接続されていない論理ゲートNAND2のp−FETトランジスタに関連する。
More specifically, in FIG.
The n-doped back control gate regions connected together to the back gate line BG NH in the high state are the n-FET transistors included in the isolation regions I P1 to I P6 and the logic gate NOR 2 In relation to any one and the p-FET transistor of inverter INV 2 ;
The p-doped back control gate region connected to the individual back gate line BG PA1 whose voltage can be adjusted (to any intermediate value selected by the person skilled in the art) is the p of the inverter INV 3 -Relating to FET transistors,
- p-doped back control gate regions collectively connected to a low state back gate line BG PL includes a separation region I N1 ~I N6, any p-FET transistor included in the logic gate NAND2 And one of the n-FET transistors of the inverter INV 3 ,
The p-doped back control gate region connected to the individual back gate line BG PA2 whose voltage can be adjusted (to any intermediate value selected by the person skilled in the art) is the n of the inverter INV 1 -Relating to FET transistors,
The n-doped back control gate region connected to the individual back gate line BG NA1 ( which can be adjusted to any intermediate value selected by the person skilled in the art) is connected to the n of the inverter INV 2 -Relating to FET transistors, and
- (optional to an intermediate value selected by the skilled artisan) voltage n- doped back control gate region connected to an individual back gate line BG NA2 capable of modulating is connected to the BG PL Not related to the p-FET transistor of the logic gate NAND2.
したがって、分離領域IP1〜IP6は、ハイ状態(典型的には、VDD)にあるp型バック・コントロール・ゲートを備えたp−チャンネルを有する。これらの領域は、最大しきい電圧を有し、その結果として、最小リーク電流を有する。 Thus, isolation regions I P1 -I P6 have a p-channel with a p-type back control gate in the high state (typically V DD ). These regions have a maximum threshold voltage and, as a result, have a minimum leakage current.
分離領域IN1〜IN6は、それ自身が、ロー状態(典型的には、GND)にあるn型バック・コントロール・ゲートを備えたn−チャンネルを有する。これらの領域は、最大しきい電圧を有し、その結果として、最小リーク電流を有する。 Isolation regions I N1 -I N6 have an n-channel with an n-type back control gate that is in its low state (typically GND). These regions have a maximum threshold voltage and, as a result, have a minimum leakage current.
また、論理ゲートNOR2に含まれるn−FETトランジスタのいずれか1つも、n−チャンネルを有するが、ハイ状態にあるn型バック・コントロール・ゲートを備える。このn−FETトランジスタは、最小しきい電圧を有し、その結果として、(伝導電流IONの観点から)最大の性能特性を有する。 Also, one of the n-FET transistor included in the logic gate NOR 2, has a n- channel comprises an n-type back control gate in a high state. This n-FET transistor has a minimum threshold voltage and, as a result, has maximum performance characteristics (in terms of conduction current ION ).
インバータINV1のn−FETトランジスタは、電圧を調節することができるp型バック・コントロール・ゲートを備えたn−チャンネルを有する。したがって、このトランジスタは、個々の線路BGPA2に印加される電圧に依存して、最小性能特性と中間性能特性との間に存在する性能特性を有する。 The n-FET transistor of the inverter INV 1 has an n-channel with a p-type back control gate that can regulate the voltage. Therefore, this transistor has a performance characteristic that exists between the minimum performance characteristic and the intermediate performance characteristic, depending on the voltage applied to the individual line BG PA2 .
インバータINV1のp−FETトランジスタは、バック・コントロール・ゲートを有しておらず、そのために、このトランジスタは、名目的な形で動作する。 The p-FET transistor of inverter INV 1 does not have a back control gate, so that it operates in a nominal manner.
インバータINV2のn−FETトランジスタは、電圧を調節することができるn型バック・コントロール・ゲートを備えたn−チャンネルを有する。したがって、このトランジスタは、個々の線路BGNA1に印加される電圧に依存して、中間性能特性と最大性能特性との間に存在する性能特性を有する。 The n-FET transistor of the inverter INV 2 has an n-channel with an n-type back control gate that can regulate the voltage. Therefore, this transistor has a performance characteristic that exists between the intermediate performance characteristic and the maximum performance characteristic, depending on the voltage applied to the individual line BGNA1 .
インバータINV3のp−FETトランジスタは、電圧を調節することができるp型バック・コントロール・ゲートを備えたp−チャンネルを有する。したがって、このトランジスタは、個々の線路BGPA1に印加される電圧に依存して、最小性能特性と中間性能特性との間に存在する性能特性を有する。 The p-FET transistor of the inverter INV 3 has a p-channel with a p-type back control gate that can regulate the voltage. Therefore, this transistor has a performance characteristic that exists between the minimum performance characteristic and the intermediate performance characteristic, depending on the voltage applied to the individual line BG PA1 .
個々の線路BGNA2によって電圧を調節することができるn型バック・コントロール・ゲートを有していない論理ゲートNAND2のp−FETトランジスタは、中間性能特性と最大性能特性との間に存在する性能特性を有する。 The p-FET transistor of the logic gate NAND2, which does not have an n-type back control gate whose voltage can be adjusted by the individual line BGNA2 , has a performance characteristic that exists between the intermediate performance characteristic and the maximum performance characteristic. Have
線路BGPLによって電圧がロー状態にあるp型バック・コントロール・ゲートを有する論理ゲートNAND2のp−FETトランジスタは、それ自身が、最小しきい電圧および最大性能特性を有する。 P-FET transistor of the logic gate NAND2 which voltage by the line BG PL has a p-type back control gate in a low state, itself, has a minimum threshold voltage and maximum performance characteristics.
図8の上側部分は、金属2からなる2つの線路7および8を示し、これらの線路に沿って、図7に示される回路のFETトランジスタが、配置される。図8の下側部分は、金属2からなる線路8の一部分の断面図を示し、この部分は、分離領域IN1〜IN3と、NOR2(T1およびT2)、INV1(T3)およびINV2(T4)パターンに含まれるn−FETトランジスタT1〜T4とを備える。この断面図において、絶縁膜は符号BOXを備える。
The upper part of FIG. 8 shows two
図8において、トランジスタ・チャンネルは完全空乏型であり、ソース領域およびドレイン領域は絶縁膜に接触した状態にある。 In FIG. 8, the transistor channel is fully depleted, and the source and drain regions are in contact with the insulating film.
しかしながら、本発明は、ソース領域およびドレイン領域が薄膜全体内に延びていない部分空乏型技術にも適用されてよい。この場合、バック・コントロール・ゲートは、ソース領域とドレイン領域との間に存在するチャンネル領域からより遠くに離れているので、バック・コントロール・ゲートは、全体的にあまり効率的なものではないことに注意されたい。 However, the present invention may also be applied to partially depleted techniques where the source and drain regions do not extend into the entire thin film. In this case, since the back control gate is farther away from the channel region that exists between the source and drain regions, the back control gate is not very efficient overall. Please be careful.
これまでに説明したように、分離領域IN1〜IN3は、n−チャンネルを有し、それぞれの領域は、(線路BGPLによってロー状態にある)p+型バック・コントロール・ゲートGP1〜GP3を有する。 As explained so far, the isolation regions I N1 to I N3 have n-channels, each of which is a p + -type back control gate G P1 ˜ (which is in the low state by the line BG PL ). GP3 .
論理ゲートNOR2に含まれるn−FETトランジスタの一方であるT1は、(線路BGNHによってハイ状態にある)n+型バック・コントロール・ゲートGN1を有し、それに対して、論理ゲートNOR2に含まれる他方のn−FETトランジスタであるT2は、バック・コントロール・ゲートを有していない。 While T 1 is the n-FET transistor included in the logic gate NOR2 has (in the high state by the line BG NH) have a n + -type back control gate G N1, whereas the logic gate NOR2 T 2 is the other of n-FET transistors included does not have a back control gate.
インバータINV1のn−FETトランジスタT3は、(個々の線路BGPA2によって調節することのできる)p+型バック・コントロール・ゲートGP4を有する。 The n-FET transistor T 3 of the inverter INV 1 has a p + type buck control gate GP 4 ( which can be adjusted by the individual line BG PA 2 ).
インバータINV2のn−FETトランジスタT4は、(個々の線路BGNA1によって調節することのできる)n+型バック・コントロール・ゲートGN2を有する。 N-FET transistor T 4 of the inverter INV 2 has a (can be adjusted by the individual line BG NA1) n + -type back control gate G N2.
図8に示されるように、関連するバック・コントロール・ゲートは、トランジスタ・チャンネルの反対側にだけ延びるように局所化される。例えば、バック・コントロール・ゲートは、ドーパントを絶縁膜BOXの下方に注入することによって形成される。 As shown in FIG. 8, the associated back control gate is localized to extend only to the opposite side of the transistor channel. For example, the back control gate is formed by implanting a dopant below the insulating film BOX.
バック・コントロール・ゲートは、コントロール・ゲートの伝導性とは反対の伝導性を有するウェルCN1、CP1、CN2、CP2(p+型バック・コントロール・ゲートGP1、GP2、GP3、GP4のためのn−型ウェルCN1およびCN2;n+型バック・コントロール・ゲートGN1およびGN2のためのp−型ウェルCP1およびCP2)によって、ベース基板から分離される。 The back control gate is a well C N1 , C P1 , C N2 , C P2 (p + type back control gates G P1 , G P2 , G P3) having conductivity opposite to that of the control gate. , of n for G P4 - -type well C N1 and C N2; - by type well C P1 and C P2), is separated from the base substrate p for the n + -type back control gate G N1 and G N2 .
ウェル電圧は、バック・コントロール・ゲートとウェルとの間の電気的ノードによって形成されるダイオードが、常に、逆バイアスされるように選択され、それによって、ダイオードは、バック・コントロール・ゲートを、ウェルから分離し、かつ、含まれるかもしれないあらゆるもの(とりわけ、他のバック・コントロール・ゲート)から分離する。当然ながら、実際には、バック・コントロール・ゲートGP2、GP3およびGP4をまとめて分離するウェルCN2の場合のように、同じ型を有するいくつかのバック・コントロール・ゲートに共通なウェルを提供することが可能である。 The well voltage is selected such that the diode formed by the electrical node between the back control gate and the well is always reverse biased, so that the diode causes the back control gate to And from anything that may be included (especially other back control gates). Of course, in practice, a well common to several back control gates having the same type, as in the case of well CN2 that separates back control gates GP2 , GP3 and GP4 together. Can be provided.
図7に戻ると、符号CPおよびCNは、それぞれ、n型バック・コントロール・ゲートおよびp型バック・コントロール・ゲートを分離するウェルを示している。ウェルCPは、典型的には、ロー状態GNDにあり、それに対して、ウェルCNは、典型的には、ハイ状態VDDにある。 Returning to FIG. 7, reference numeral C P and C N, respectively, show the well to isolate the n-type back control gate and the p-type back control gate. Well CP is typically in the low state GND, while well CN is typically in the high state V DD .
別の実施形態(図示しない)によれば、絶縁膜BOXの下方に存在するベース基板内に配置された第2の絶縁膜が、バック・コントロール・ゲートをベース基板から完全に又は部分的に分離するのに貢献してもよい。 According to another embodiment (not shown), the second insulating film disposed in the base substrate below the insulating film BOX completely or partially separates the back control gate from the base substrate. You may contribute to
本発明によるデバイスは、次の利点を有する。 The device according to the invention has the following advantages.
p−FETトランジスタおよびn−FETトランジスタに対する広い性能範囲(performance range)を、ただ1つの物理的なチャンネル幅だけを使用して得ることができる。典型的には、以下の3つの種類の性能である。 A wide performance range for p-FET and n-FET transistors can be obtained using only one physical channel width. Typically, there are three types of performance:
− バック・コントロール・ゲートが存在しない場合の通常の性能。
・その結果として、トランジスタは、普通のSeOIトランジスタであり、既存の回路設計を変更する必要がない。
-Normal performance in the absence of a back control gate.
As a result, the transistor is a normal SeOI transistor, and there is no need to change the existing circuit design.
− “ON”バック・コントロール・ゲートによってトランジスタの伝導を増大させる、増強された性能。
・その結果として、トランジスタは、チャンネル幅が実際よりも広いかのように動作し、あるいは、トランジスタは、性能単位(速度、ION)当たりより小さいフットプリントを有する。
-Enhanced performance to increase transistor conduction with "ON" back control gate.
As a result, the transistor operates as if the channel width is wider than it actually is, or the transistor has a smaller footprint per performance unit (speed, I ON ).
− “OFF”バック・コントロール・ゲートによってトランジスタの伝導を減少させる、低減された性能。
・その結果として、トランジスタは、チャンネル幅が実際よりも狭いかのように動作する。これは、性能比(performance ratios)が望まれる場合(例えば、フリップフロップ型のラッチの場合)に都合がよいことがわかる。なぜなら、それによって、その他のデバイスのチャンネル幅を広げる必要がないからである。また、リーク電流が相当に減少する。したがって、トランジスタがスイッチングしない限り(考慮されるべき比が存在しない)において、この種の性能がオフ状態において使用されてもよく、それによって、リーク電流IOFFが減少する。
-Reduced performance, reducing transistor conduction with "OFF" back control gate.
As a result, the transistor behaves as if the channel width is narrower than it actually is. This turns out to be advantageous when a performance ratio is desired (eg in the case of flip-flop type latches). This is because there is no need to increase the channel width of other devices. Also, the leakage current is considerably reduced. Thus, as long as the transistor does not switch (no ratio to be considered), this type of performance may be used in the off state, thereby reducing the leakage current I OFF .
しかしながら、本発明は、これら3つの種類の性能に決して限定されるものではない。事実、アナログの調節可能なバイアスをトランジスタのバック・コントロール・ゲートに印加することによって、性能特性は動的に調整されてもよい。それによって、上述の“低減された性能”と“増強された性能”との間に存在する任意の種類の性能を実現することができる。 However, the present invention is in no way limited to these three types of performance. In fact, the performance characteristics may be adjusted dynamically by applying an analog adjustable bias to the transistor back control gate. Thereby, any kind of performance that exists between the aforementioned “reduced performance” and “enhanced performance” can be realized.
特定の変形においては、バック・コントロール・ゲートは、予め定められた複数の電圧のいずれか1つによってバイアスされてもよい。これらの複数の電圧は、典型的には、デバイスの環境において利用可能な電圧であり、例えば、Vdd、(Vdd×2、Vdd/4のような)Vddの様々な分数、(Vdd−Vtp、Vdd−Vtnなどのような)利用可能な電圧の様々な組み合わせである。 In a particular variation, the back control gate may be biased by any one of a plurality of predetermined voltages. These multiple voltages are typically voltages available in the environment of the device, eg, Vdd, various fractions of Vdd (such as Vdd × 2, Vdd / 4), (Vdd−Vtp, Various combinations of available voltages (such as Vdd-Vtn).
このように、p−FETトランジスタとn−FETトランジスタとの間の比は、チャンネル幅を変更しなくても、調節されることが可能である。 Thus, the ratio between the p-FET transistor and the n-FET transistor can be adjusted without changing the channel width.
このように、本発明によるデバイスは、一般的な設計において直面する、トランジスタは様々な寸法を有していなければならないという必要性を除去するものであることが理解されるだろう。効率的に、1つの物理的な幅と、トランジスタの簡素化されたモデルおよびパラメータとだけが使用される。トランジスタモデルは、実際には、多くの二次的な(寄生の)または三次的な端部効果(edge effect)を備えた複雑な式であることに注意されたい。これらの効果のほとんどは、トランジスタの寸法に依存し、また、最近の技術の場合、環境(近接応力)に依存する。本発明に関連しては、トポロジーはただ1つしかなく、そのため、モデルは大きく簡素化されることが可能である(このことは、結果として、より迅速な利用可能性、より短い開発時間などをもたらす)。 Thus, it will be appreciated that the device according to the present invention eliminates the need in the general design that the transistor must have various dimensions. Effectively, only one physical width and a simplified model and parameters of the transistor are used. Note that the transistor model is actually a complex equation with many secondary (parasitic) or tertiary edge effects. Most of these effects depend on the dimensions of the transistor, and in the case of modern technology, on the environment (proximity stress). In the context of the present invention, there is only one topology, so the model can be greatly simplified (this results in faster availability, shorter development times, etc.) )
さらに、高いレベルの規則性のおかげで、および、多結晶シリコンの粗さ(polysilicon roughness)しか残らないために、きわめて低い変動性が存在する。それに対して、完全空乏型構造が形成される場合、ドーパントレベルのばらつきが存在しなくなることに注意されたい。 Furthermore, very low variability exists because of the high level of regularity and because only the polysilicon silicon roughness remains. In contrast, it should be noted that when a fully depleted structure is formed, there is no dopant level variation.
また、本発明によるデバイスは、パターンの端部丸め効果(edge rounding effect)に影響を受けない。なぜなら、すべてのチャンネルは同じ物理的な幅を有するからである。アクティブ領域ストリップは、効率的には、多結晶シリコン接続線路の近くに丸みを有していない長い多角形である。また、そのような線路の90°の角は、(構造の上部および底部の両方に存在する)アクティブストリップから遠くに離れており、かつ、そのアクティブストリップと相互作用をなさない。 Also, the device according to the present invention is not affected by the edge rounding effect of the pattern. This is because all channels have the same physical width. The active area strip is effectively a long polygon that is not rounded near the polycrystalline silicon connection line. Also, the 90 ° corners of such lines are far away from the active strip (which exists at both the top and bottom of the structure) and do not interact with the active strip.
さらにまた、本発明によるデバイスは、クロスカップリング効果(cross−coupling effect)に影響を受けない。 Furthermore, the device according to the invention is not affected by the cross-coupling effect.
これは、一般的な設計においては、多くの場合に、多結晶シリコン・コネクションが他の論理ゲートのドレインに近接しているからである。そして、2つのノードが、容量結合され、互いに妨害され、その結果として、一般的には、通信遅延をもたらす。セル同士の隣接は、予測することができないので、それぞれのセルのモデルにこの結合を考慮に入れることはできず、そのために、アプリケーションの設計において比較的遅れて発見される。本発明に関連しては、アクティブストリップと多結晶シリコン・コネクションとの間の相互作用は、あらゆる状況に対して同じであり、それによって、一般的な設計において直面する欠点が解決される。とりわけ、結合のモデリングは、回路製造の後においても依然として有効である。 This is because, in typical designs, the polycrystalline silicon connection is often in close proximity to the drains of other logic gates. The two nodes are then capacitively coupled and interfered with each other, resulting in communication delays in general. Since cell-to-cell adjacency cannot be predicted, this combination cannot be taken into account in each cell model and is therefore found relatively late in the design of the application. In the context of the present invention, the interaction between the active strip and the polycrystalline silicon connection is the same for every situation, thereby solving the disadvantages encountered in common designs. In particular, coupling modeling is still valid after circuit manufacturing.
さらにまた、本発明によるデバイスは、分離領域におけるリーク電流を減少させるために、バック・コントロール・ゲートを分離領域と関連させることによって低減した電力消費を有し、また、リーク電流をさらに減少させるために、オフ状態にあるトランジスタに関連するバック・コントロール・ゲートに動的に作用する能力を有する。 Furthermore, the device according to the invention has a reduced power consumption by associating a back control gate with the isolation region in order to reduce the leakage current in the isolation region and to further reduce the leakage current. And the ability to dynamically act on the back control gate associated with the transistor in the off state.
本発明の有効性を説明するために、標準的なCMOSセル・ライブラリが異なる性能特性を有する12個のインバータを備えてもよいことを思い出されるだろう。 To illustrate the effectiveness of the present invention, it will be recalled that a standard CMOS cell library may comprise twelve inverters with different performance characteristics.
本発明は、完全空乏型技術に適用される場合、ほんの3つのインバータ(INV1、INV4およびINV8)しか使用しないことを可能にする。なぜなら、実効チャンネル幅は、物理的な幅の+/−50%だけ調整されてもよいからである。 The present invention allows only three inverters (INV 1 , INV 4 and INV 8 ) to be used when applied to fully depleted technology. This is because the effective channel width may be adjusted by +/− 50% of the physical width.
部分空乏型技術においては、4つのインバータ(INV1、INV4、INV6およびINV9)が必要とされる。なぜなら、実効チャンネル幅は、物理的な幅の+/−30%だけ調整されてもよいからである。 In partially depleted technology, four inverters (INV 1 , INV 4 , INV 6 and INV 9 ) are required. This is because the effective channel width may be adjusted by +/− 30% of the physical width.
その結果として、標準的なセル・ライブラリは、大幅に簡素化され、事実、一般的には、1/2に減少する。 As a result, the standard cell library is greatly simplified and, in fact, is generally reduced to ½.
したがって、今日約100のデザイン・ルールが使用されるが、本発明は、それらの中の約50個だけを使用すればよいことを可能にする。 Thus, although about 100 design rules are used today, the present invention allows only about 50 of them to be used.
この点に関しては、過去において、デザイン・ルール・マニュアルは約100〜200のルールを含んでいたことに注意されたい。現在、技術は、一般的には100nm以下である。このため、新しいルールをもたらす多くの物理的な影響が現れており、これらの新しいルールは、100〜200からなる初期のルールの集合を簡単かつ容易に適用するのを妨げる。32nmのテクノロジー・ノードにおいては、デザイン・ルール・マニュアルは約800〜1,000のルールを備え、これらのルールにおいては、新しいルールのほとんどが、難しい組み合わせのトポロジーを複雑に表現するものである。これは、フットプリントの観点から、効率の損失を伴うものである。これとは対照的に、本発明の効率は、一般的には、一定の状態に維持される。したがって、45nmのテクノロジー・ノードにおいて使用されるフットプリントの観点から、本発明と一般的なアプローチとがほぼ同等のものであるならば、本発明は、その後のテクノロジー・ノードにおいては、ますます、より効率的なものになるはずである。 In this regard, it should be noted that in the past, design rule manuals included approximately 100-200 rules. Currently, the technology is generally less than 100 nm. For this reason, many physical effects have emerged that lead to new rules, which prevent the simple and easy application of an initial set of rules consisting of 100-200. In the 32 nm technology node, the design rule manual has about 800-1,000 rules, in which most of the new rules represent complex combinations of topologies in a complex way. This is accompanied by a loss of efficiency from a footprint perspective. In contrast, the efficiency of the present invention is generally kept constant. Thus, in view of the footprint used in the 45nm technology node, if the present invention and the general approach are nearly equivalent, the present invention will be increasingly in subsequent technology nodes, It should be more efficient.
さらにまた、デザイン・ルールの集合がルールの通常の集合のうち極端に減少した部分集合である限り、また、これらのルールは、それらのルールに独特に関連して適用されるので、リソグラフィーが最初に可能にしていたもの以下でトランジスタを設計することが可能となる。とりわけ、コンタクトの幅と、多くのコンタクト(poly−contact)の距離とを最適化することが可能である(例えば、2つの名目(nominal)正方形コンタクトを、1つの長方形のいくぶん狭いコンタクトに取り替えることによって)。 Furthermore, as long as the set of design rules is an extremely reduced subset of the normal set of rules, and since these rules apply uniquely in relation to those rules, lithography is the first Therefore, it is possible to design a transistor with less than what is possible. In particular, it is possible to optimize the contact width and the distance of many contacts (for example, replacing two nominal square contacts with one rectangular, somewhat narrower contact). By).
さらにまた、バック・コントロール・ゲートは、絶縁膜の下方に埋め込まれ、その結果として、フットプリントに対して影響を与えないという利点を有することに注意されたい。 Furthermore, it should be noted that the back control gate has the advantage that it is buried under the insulating film and as a result does not affect the footprint.
さらに、本発明に基づいて“増強された”セルの助けによって、大きな伝導電流を生成することができるので、フットプリントは約10〜15%だけ減少してもよいことにも注意されたい。 Furthermore, it should be noted that the footprint may be reduced by about 10-15% as large conduction currents can be generated with the help of "enhanced" cells according to the present invention.
最後に、トランジスタのいわゆる“フロント−エンド”構造の極端な規則性は、いわゆる“標準的な”セル(すなわち、一般的な使用のために予め設計されたセル)に対していわゆる“バック−エンド”メタライゼーションを通常通り使用するのにとりわけ適していることに注意されたい。 Finally, the extreme regularity of the so-called “front-end” structure of the transistor is what makes the so-called “back-end” relative to the so-called “standard” cell (ie the cell pre-designed for general use). “Note that metallization is particularly suitable for normal use.
これは、標準的なセルは、一定のピッチで交互に水平および垂直となるメタライゼーション・レベル(metallization levels)により、お互いに相互接続(ルーティング)されるためである。デザイン・ルールの数の減少は、フロント・エンドおよびバック・エンドの制約を阻止(closing−off)するのをとてつもなく容易にする(トランジスタの繰り返しピッチおよびルーティング・ピッチが同じものにされる)。そのために、標準的なセルを使用することがより容易になる。なぜなら、構造によって、入力/出力は金属ルーティング・グリッド上に配置されるからである。一般的な場合においては、これは、必ずしもきわめて容易であるとは限らず、とりわけ、垂直軸および/または水平軸に沿ってセルを表現する可能性を考慮に入れることが必要である。しかしながら、ルーティング・グリッドの入力/出力を保持することは、多くの場合、標準的なセルのフットプリントを増大させることを意味する。本発明の場合、トランジスタのストリップを全体的に簡素化しかつ事前に配置することによって、これら全ての考慮すべき問題が除去される。 This is because standard cells are interconnected (routed) to each other by metallization levels that are alternately horizontal and vertical at a constant pitch. The reduction in the number of design rules makes it very easy to close-off front end and back end constraints (transistor repeat pitch and routing pitch are made the same). This makes it easier to use standard cells. This is because, depending on the structure, the inputs / outputs are placed on the metal routing grid. In the general case, this is not always very easy, and it is necessary to take into account, among other things, the possibility of representing cells along the vertical and / or horizontal axis. However, maintaining routing grid inputs / outputs often means increasing the standard cell footprint. In the case of the present invention, all these considerations are eliminated by simplifying and pre-positioning the strips of transistors as a whole.
さらにまた、本発明は、本発明の第1の態様に基づいたデバイスに限定されるのではなく、そのようなデバイスを駆動する方法にまで拡張され、その方法において、バック・コントロール・ゲート領域は、トランジスタのしきい電圧をシフトさせるために、正または負にバイアスされる。有利には、p型バック分離ゲートはグラウンドに接続され、そして、n型バック分離ゲートは名目供給電圧に接続される。 Furthermore, the invention is not limited to devices according to the first aspect of the invention, but extends to a method for driving such a device, wherein the back control gate region is , Biased positively or negatively to shift the threshold voltage of the transistor. Advantageously, the p-type back isolation gate is connected to ground and the n-type back isolation gate is connected to a nominal supply voltage.
これまでに説明したように、FDSOIトランジスタにバック・ゲート電圧を印加することは、デバイスの電気的特性を変更する。簡単に言えば、バック・ゲートに対するより高い電圧は、Nチャンネル・デバイスのしきい電圧を減少させ、より低い電圧は、しきい電圧を増加させる。同じことは、絶対値においてPチャンネル・デバイスにも言える。 As described above, applying a back gate voltage to the FDSOI transistor changes the electrical characteristics of the device. Simply put, a higher voltage on the back gate will decrease the threshold voltage of the N-channel device, and a lower voltage will increase the threshold voltage. The same is true for P-channel devices in absolute values.
きわめて高い電圧をバック・ゲートに印加することによって、この効果を飽和させることが可能である。例えば、Nチャンネル・トランジスタに印加されるきわめて高い電圧は、そのトランジスタのしきい値を負の値にまで減少させ、トランジスタのフロント・ゲートに印加される電圧レベルに関係なく、トランジスタを常にONにする。それとは逆に、バック・ゲートに対する(きわめて高い)負の電圧は、しきい値を、電力供給Vddを越えたレベルにまで増加させ、そのレベルにおいては、トランジスタのフロント・ゲートに印加されるあらゆる電圧(0〜Vdd)に対して、トランジスタはOFFの状態に維持される。対称性によって、同じことは、相補的なPチャンネル・デバイスにも言える。 This effect can be saturated by applying a very high voltage to the back gate. For example, a very high voltage applied to an N-channel transistor reduces the transistor's threshold to a negative value and keeps the transistor on regardless of the voltage level applied to the front gate of the transistor. To do. Conversely, a (very high) negative voltage on the back gate will increase the threshold to a level beyond the power supply Vdd, at which all applied to the front gate of the transistor. With respect to the voltage (0 to Vdd), the transistor is maintained in the OFF state. Due to symmetry, the same is true for complementary P-channel devices.
言い換えれば、トランジスタは、バック・ゲートを適切に制御することによって、“開放”および“短絡”に変化させられることが可能である。この特徴は、再構成可能な論理を生成するのにとりわけ効果的であることがわかる。図9は、図10の真理値表に示されるように、様々なトランジスタT1〜T4のバック・ゲートBG1〜BG4に印加される電圧に依存して、すべての2入力ブール関数に変換することのできる再構成可能論理回路の例を示す。 In other words, the transistor can be changed to “open” and “short-circuited” by appropriately controlling the back gate. This feature has been found to be particularly effective in generating reconfigurable logic. 9, as shown in the truth table of FIG. 10, depending on the voltage applied to the back gate BG1~BG4 of various transistors T 1 through T 4, is converted to all 2-input Boolean functions An example of a reconfigurable logic circuit that can be used is shown.
図9に関しては、AおよびBは、再構成可能論理回路の2つの入力を示し、OUTは、再構成可能論理回路の出力を示す。図10に関しては、Vppは、それぞれ、Nチャンネル・トランジスタの場合、しきい電圧を強制的に負の値(トランジスタは常にON)または供給電圧Vddよりも高い値(トランジスタは常にOFF)にするに足るだけ十分に高い電圧を示し、Pチャンネル・トランジスタの場合、しきい電圧を強制的に正の値または絶対値でVddよりも大きい値にするに足るだけ十分に高い電圧を示す。再構成可能論理のこの原理は、3以上の入力に容易に拡張することができることがわかるはずである。 With respect to FIG. 9, A and B indicate the two inputs of the reconfigurable logic circuit, and OUT indicates the output of the reconfigurable logic circuit. With respect to FIG. 10, Vpp forces the threshold voltage to a negative value (transistor is always on) or higher than the supply voltage Vdd (transistor is always off), respectively, for an N-channel transistor. A sufficiently high voltage is shown, and in the case of a P-channel transistor, it is high enough to force the threshold voltage to a positive or absolute value greater than Vdd. It should be appreciated that this principle of reconfigurable logic can be easily extended to more than two inputs.
適切にバック・ゲートを制御することによってトランジスタを“開放”および“短絡”に変化させることは、例えば、FPGAのような再プログラム可能回路にとって興味を起こさせることであることがわかる。この場合、バック・ゲートは、トランジスタの強さを調整するのに使用されるのではなく、グループに含まれるトランジスタ間の電気的な結合を確立または切断するのに使用される。再プログラム可能セルのレイアウトがあらゆる関数に対してただ1つであることは、興味深いことである。 It turns out that changing the transistor to “open” and “short” by appropriately controlling the back gate is of interest to a reprogrammable circuit such as, for example, an FPGA. In this case, the back gate is not used to adjust the strength of the transistors, but is used to establish or break electrical coupling between the transistors included in the group. It is interesting that the reprogrammable cell layout is unique for every function.
様々なバック・ゲートに印加される電圧は、有利に外部の回路から入力され、また可能であれば、SRAMセルまたはFlashセルのような隣接する回路から入力される。再プログラム可能回路によって実現することのできる様々な関数のプログラミングは、これらの回路に記憶される。あらゆるブール関数をこの種のセルによってプログラムすることができるので、ただ1つのかつ予め定義されたバック・エンド配線を同様に定義することができる。その結果として、予め定義されたチップは、エンド・ユーザによって、完全に処理されてもよく、そして、プログラムされてもよい。例えば、図11は、本発明による再プログラム可能論理回路を示し、論理セルLC(それぞれの論理セルは、例えば、図9の回路に対応する)の考えられる配置、および、論理セルのプログラミングを記憶しかつ適切な電圧をバック・ゲートに供給するのに使用されるメモリ・セルMC(SRAMまたはFlash)の考えられる配置を示す。図11において、論理セルLCのストリップは、メモリ・セルMCの行に交互に挿入される。わかりやすいように、論理セルLCは、図11の箱によって概略的に示されており、そして、メモリ・セルMCから出ている矢印は、メモリ・セルMCによって論理セルLCのバック・ゲート電圧を制御することを示している。 The voltages applied to the various back gates are preferably input from external circuitry and, if possible, from adjacent circuits such as SRAM cells or Flash cells. The programming of the various functions that can be realized by the reprogrammable circuits is stored in these circuits. Since any Boolean function can be programmed with this type of cell, only one and predefined back end wiring can be defined as well. As a result, the predefined chip may be fully processed and programmed by the end user. For example, FIG. 11 illustrates a reprogrammable logic circuit according to the present invention that stores a possible arrangement of logic cells LC (each logic cell corresponds to, for example, the circuit of FIG. 9) and logic cell programming. And a possible arrangement of the memory cell MC (SRAM or Flash) used to supply the appropriate voltage to the back gate. In FIG. 11, the strips of logic cells LC are alternately inserted into the rows of memory cells MC. For clarity, the logic cell LC is schematically illustrated by the box of FIG. 11, and the arrow emanating from the memory cell MC controls the back gate voltage of the logic cell LC by the memory cell MC. It shows that
寸法は、論理領域LCにおけるトランジスタのピッチによってもたらされるので、メモリ・セルMCは、比較的にゆとりのあるピッチで、金属1の層および金属2の層だけを使用する。図11に関して、M1−MCは、メモリ・セルMCの行を選択するのに使用される金属1の層を示し、そして、M2−MCは、メモリ・セルの列を選択するのに使用される金属2の層を示す。より詳細には、さらに、論理セルLCの様々な入力および出力を上部金属層によって構成された予め定義された網に接続するのに十分な資源が、金属2のレベルに存在する。図11に関して、M2−LCは、論理セルLCのトラックを相互接続するのに使用される金属2の層を示し、そして、M3−LCは、論理セルLCのトラックを相互接続するのに使用される金属3の層を示す。
Since the dimensions are provided by the pitch of the transistors in the logic region LC, the memory cell MC uses only a
NOR2、NAND2 論理ゲート
INV1〜INV3 インバータ
IP1〜IP6 p−FETトランジスタに結合された分離領域
IN1〜IN6 n−FETトランジスタに結合された分離領域
WL1〜WL7 フロント・コントロール・ゲート領域
BLP1、BLP2、BLN1、BLN2 金属1提供線路
BlP、BlN 分離ゲート提供線路
BG1〜BG4 バック・ゲート
BGP、BGN、BGPH、BGPL、BGNH、BGNL、BGPA1、BGPA2、BGNA1、BGNA2 バック・ゲート線路
T1〜T4 トランジスタ
LC 論理セル
MC メモリ・セル
M1−MC 金属1の層
M2−MC 金属2の層
M3−MC 金属3の層
NOR2,
Claims (16)
前記半導体デバイスは、各々が少なくとも1つの電界効果トランジスタから形成されたパターンからなるアレイを備え、前記電界効果トランジスタの各々は、ソース領域、ドレイン領域、および前記ソース領域と前記ドレイン領域とによって画定されたチャンネル領域を前記薄膜内に有し、さらにまた、前記チャンネル領域の上方に形成されたフロント・コントロール・ゲート領域を備え、前記パターンは行の形で配置され、どの前記行に含まれる前記ソース領域および前記ドレイン領域も、同じ寸法を有し、かつ所定の寸法を有する前記フロント・コントロール・ゲート領域だけ隔てられ、
前記パターンに含まれる少なくとも1つの前記トランジスタが、前記チャンネル領域の下方に存在する前記ベース基板内に形成されたバック・コントロール・ゲート領域を有し、前記トランジスタのしきい電圧をシフトさせて、前記トランジスタのチャンネル幅をあたかも変更したかのようにするために、あるいは、前記トランジスタの前記フロント・コントロール・ゲートに印加される電圧がどんなものであれ、前記トランジスタをオフ状態またはオン状態に強制的に維持するために、前記バック・コントロール・ゲート領域がバイアスされることが可能である、
ことを特徴とする半導体デバイス。 A semiconductor device formed on a semiconductor-on-insulator substrate comprising a thin film of semiconductor material separated from a base substrate by an insulating film,
The semiconductor device comprises an array of patterns each formed from at least one field effect transistor, each of the field effect transistors defined by a source region, a drain region, and the source region and the drain region. A channel region in the thin film, and further comprising a front control gate region formed above the channel region, wherein the pattern is arranged in rows, and the source included in any row A region and the drain region also have the same dimensions and are separated by the front control gate region having a predetermined dimension;
At least one of the transistors included in the pattern has a back control gate region formed in the base substrate below the channel region, and shifts a threshold voltage of the transistor, To force the transistor to the off or on state, as if it had changed the channel width of the transistor, or whatever voltage is applied to the front control gate of the transistor In order to maintain, the back control gate region can be biased,
A semiconductor device characterized by that.
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